A Inteligência Artificial na Saúde Deve Pensar Pequeno

Seis minutos após a missão do Apollo 13 para a lua em 1970, seu tanque de oxigênio explodiu. O evento levou a NASA a desenvolver uma nova abordagem para prever possíveis falhas em suas naves espaciais. A abordagem dependia de dados de sensores contínuos, que então alimentavam simulações digitais profundas, permitindo testes muito mais rigorosos de sistemas complexos de voos espaciais. Foi o primeiro uso da tecnologia de “gêmeo digital”.

Hoje, sistemas de gêmeos digitais são usados em várias indústrias para melhorar as operações e simular com precisão qualquer alteração em um sistema. Empresas de tecnologia como Apple e Tesla usam gêmeos digitais para monitorar o desempenho dos produtos em campo e determinar se componentes específicos de sistemas precisam de manutenção.

Os gêmeos digitais também foram usados na saúde, embora principalmente na pesquisa e desenvolvimento de medicamentos. No entanto, seu maior potencial está no gerenciamento de doenças crônicas. Ao combinar aprendizado de máquina e tecnologia de Internet das Coisas com inteligência artificial de gêmeos digitais, uma abordagem que surgiu com algo tão vasto quanto a exploração espacial tem o potencial de tornar a saúde verdadeiramente individualizada.

A digitalização dos cuidados tradicionais falhou

A medicina moderna fez movimentos incrementais em direção aos cuidados personalizados ao longo da última década, dando voz aos pacientes na tomada de decisões e avançando na medicina de precisão por meio de avanços na pesquisa genômica. Ambos ajudaram a adaptar os cuidados ao indivíduo, mas, em grande parte, nosso sistema de saúde adota uma abordagem de “grande grupo” para a entrega de cuidados.

Isso é evidente na forma como gerenciamos doenças crônicas. Cada um dos 133 milhões de americanos que atualmente vivem com uma ou mais doenças crônicas é submetido a uma trajetória de cuidados planejada – um regime de tratamento, uma dieta da moda, frequentemente vários medicamentos – e seu aprimoramento é medido em lotes de milhares de outros indivíduos que compartilham sua condição.

Essa abordagem não funcionou. Notoriamente, os gastos dos EUA com diabetes, doenças cardíacas e câncer continuam a aumentar, e o impacto da tecnologia nos resultados e custos tem sido limitado. No gerenciamento digital de diabetes, perda de peso e outras condições, esse impacto tem sido um fator não significativo.

Em março, um relatório publicado pelo Peterson Health Technology Institute sublinhou essa falta de resultados sustentados. O relatório encontrou que todas as soluções avaliadas performam mal em engajamento e resultados ao longo do tempo. Como resultado, perda de peso, redução de A1C, eliminação de medicamentos, reversão de diabetes e os benefícios de saúde, bem-estar e econômicos dessas soluções são limitados e insustentáveis.

Isso ocorre porque a maioria das soluções apenas digitaliza um modelo ineficaz de cuidados. Elas não levam em conta as diferenças individuais. Cada pessoa traz seu próprio conjunto de fatores culturais, biológicos, dietéticos, comportamentais e ambientais que influenciam sua saúde em um nível profundamente individual.

Mudando de ‘cuidados personalizados’ para cuidados individualizados

A inteligência artificial de gêmeos digitais promete uma mudança nesse modelo. Fundamental para a tecnologia é o conceito de que cada indivíduo é um “N de um”. O gêmeo digital de um indivíduo é informado por uma medida contínua de suas variáveis clínicas e comportamentais únicas e usa esses dados para moldar a orientação de cuidados em direção à melhor e mais saudável versão daquele indivíduo.

O poder da tecnologia de gêmeos digitais está na atenção aos pequenos detalhes – as coisas que comemos e fazemos – e como elas afetam nosso eu atual e futuro. Na prática, gêmeos digitais podem prever com precisão o efeito que um jantar de bife terá na saúde metabólica ou cardiovascular de uma pessoa específica. Na medida em que esse impacto possa ser negativo, gêmeos digitais podem oferecer maneiras de mitigar as consequências. Pode sugerir uma caminhada de 10 minutos ou um dessert alternativo. Em vez de sorvete, talvez seja pão de nozes com iogurte grego e morangos frescos ou simplesmente uma sequência diferente.

Dessa forma, a inteligência artificial de gêmeos digitais pode mostrar a um indivíduo o que o espera se ele permanecer em sua trajetória atual e as grandes mudanças que podem ocorrer ao fazer pequenos ajustes ao longo do tempo. Mantenha sua rotina atual, e você poderá parar de tomar metformina em três semanas. Volte às velhas hábitos, e você pode esperar pegar um reabastecimento.

É uma tecnologia potente, e embora seu impacto na saúde tenha sido amplamente reconhecido apenas na academia, ela está começando a encontrar seu papel em casos de uso comerciais. Em 2014, a Dassault Systemes e a FDA lançaram o SIMULIA Living Heart, um projeto que trabalha com fabricantes de dispositivos para desenvolver e aprimorar dispositivos cardíacos em um ritmo mais rápido. No início da pandemia, o Project BreathEasy da OnScale desenvolveu um gêmeo digital dos pulmões de pacientes com COVID-19 para melhorar e otimizar o uso de recursos de ventiladores.

Pesquisadores médicos também estão usando modelos de doenças de gêmeos digitais para prever a eficácia de intervenções farmacêuticas com base em processos biológicos complexos e extremamente individuais. A Takeda Pharmaceuticals abraçou a tecnologia para encurtar processos farmacêuticos e fazer previsões realistas de entrada-saída para reações bioquímicas. Mais recentemente, pesquisadores usaram tecnologia de gêmeos digitais para simular resultados de terapias e determinar o melhor tratamento para carcinoma de orofaringe com base no indivíduo.

O gerenciamento de doenças crônicas é a próxima fronteira

Um artigo recente publicado na Nature afirma que gêmeos digitais estão “preparados para fazer contribuições substanciais” para o cuidado com o câncer, especialmente no monitoramento da progressão da doença e na avaliação das respostas ao tratamento, que infamemente variam de indivíduo para indivíduo. O mesmo artigo analisa gêmeos digitais cardíacos alimentados por imagens, registros eletrônicos de saúde, dados genéticos e dados contínuos de dispositivos portáteis, e seu potencial para prever eventos cardíacos agudos.

Esses avanços darão origem a tecnologias de saúde que mudarão vidas. Seu poder reside em um conceito fundamental para seu propósito: nada complexo é estático.

Isso é especialmente verdadeiro para nossos sistemas biológicos. Um gêmeo digital requer milhares de pontos de dados por dia, por indivíduo, para realmente entender a interação entre a biologia de um indivíduo, cultura, estilo de vida, preferências e saúde. Alguns desses dados já estão sendo capturados por dispositivos portáteis e aplicativos móveis, mas sem um modelo que coloque esses dados no contexto do indivíduo e de sua jornada de cuidados, eles são sem direção.

No mundo do gerenciamento de doenças crônicas, as pequenas coisas podem se tornar rapidamente coisas grandes e ameaçadoras à vida. E embora a saúde digital tenha levantado as esperanças dos pacientes com linguagem como “personalização”, as ferramentas e abordagens que foram oferecidas às pessoas não atenderam às suas necessidades e preferências únicas.

A inteligência artificial de gêmeos digitais mudará essa abordagem de cabeça para baixo, ajudando-nos a entender e melhorar nossa saúde em um nível profundamente personalizado. É uma tecnologia preparada para cumprir a promessa de cuidados individualizados.